DE3515449C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stahl, der sich besonders in der Atomenergietechnik zur Herstellung von Wärmeaustauschern, Verkleidungskonstruktionen, verschiedenen Behältern und anderen Elementen der Energieausrüstung einsetzen läßt.

Bekannt ist ein rostfreier Chromstahl (A. M. Borsdyka, V. S. Zeitlin, "Wärmebehandlung von hitzebeständigen Stählen und Legierungen", Moskau, Verlag Mashinostroyenie, 1964, S. 66), der enthält (in Gewichtsprozent):

Kohlenstoff0,10 bis 0,15%, Siliziumhöchstens 0,50%, Mangan0,50 bis 0,80%, Chrom10,5 bis 12,5%, Molybdän0,60 bis 0,80%, Vanadium0,15 bis 0,35%, Wolfram1,70 bis 2,20% Nickelhöchstens 0,30%, Schwefelhöchstens 0,025%, Phosphorhöchstens 0,035%, EisenRest.

Dieser Stahl kann zur Herstellung von Heizflächen benutzt werden.

Der genannte Stahl besitzt jedoch eine geringe Fertigungsgerechtheit im Hüttenprozeß, eine hohe Zunderungsgeschwindigkeit, wodurch er zur Herstellung von Wärmeaustauschern und Verkleidungskonstruktionen in Atomenergieanlagen nicht verwendet werden kann. Dieser Stahl enthält außerdem eine bedeutende Menge eines Mangelelements, nämlich Wolframs.

Bekannt ist ein austenitischer korrosionsbeständiger Stahl, der zu den gleichen Zwecken verwendet wird und folgende Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) hat: unter 0,12% Kohlenstoff, höchstens 0,80% Silizium, 1,0 bis 2,0% Mangan, 17,0 bis 19,0% Chrom, 9,0 bis 11,0% Nickel, höchstens 0,020% Schwefel, höchstens 0,035% Phosphor, höchstens 0,60% Titan, Rest Eisen (F. F. Chimushin, "Hitzebeständige Stähle und Legierungen", Verlag Metallurgiya, Moskau, 1969, S. 168).

Dieser Stahl weist eine genügend hohe Beständigkeit gegen allgemeine Korrosion auf und kommt deshalb im Atommaschinenbau in Form von Rohren, Blechen u. a. weitgehend zum Einsatz.

Die Erfahrung der Verwendung austenitischer korrosionsbeständiger Stähle hat jedoch gezeigt, daß sie zum Bersten durch Spannungskorrosion in chlorionenhaltigen Medien neigen, was zur Herabsetzung der Betriebssicherheit der Ausrüstungen führt. Der Stahl ist gegen Kaltverfestigung empfindlich und zeichnet sich durch eine ungünstige Kombination von physikalischen Eigenschaften (geringe Wärmeleitfähigkeit und hoher linearer Wärmeausdehnungskoeffizient) aus. Dieser Stahl enthält außerdem ein Mangelelement, nämlich Nickel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stahl mit einer Zusammensetzung vorzuschlagen, die dem Stahl eine hohe Spannungskorrosionsbeständigkeit in chlorionenhaltigen Medien, eine herabgesetzte Neigung zur Verfestigung und hohe Kennwerte der technologischen Eigenschaften sichern.

Diese Aufgabe wird wie aus dem vorstehenden Anspruch ersichtlich gelöst.

Zwecks Steigerung der Korrosionsbeständigkeit und der mechanischen Eigenschaften führt man in den erfindungsgemäßen Stahl 0,20 bis 0,80% Molybdän ein. Die Zugabe von Molybdän in einer unter 0,20% liegenden Menge sichert kein ausreichendes Niveau der mechanischen Eigenschaften und der Korrosionsbeständigkeit des Stahls. Ein Molybdängehalt über 0,80% kann zur Verschlechterung der Verformbarkeit des Stahls führen.

Die Zugabe des Vanadiums zum Stahl in einer Menge von 0,08 bis 0,30% ermöglicht die Ausbildung eines feinkörnigen Gefüges des Stahls, d. h. bewirkt eine Steigerung der Schlagzähigkeit und verschiebt den Wert der Sprödigkeitsübergangstemperatur in den Bereich der negativen Temperaturen. Eine Erhöhung des Vanadiumgehalts über die angegebene Grenze von 0,30% ist wegen der Verschlechterung der Schweißbarkeit von Stahl nicht zweckmäßig.

Eine Verminderung des Vanadiumgehalts unter 0,08% gestattet es nicht, das erforderliche Niveau der mechanischen Eigenschaften zu erreichen.

Der Gehalt des Stahls an Zer von 0,02 bis 0,15% und an Aluminium von 0,015 bis 0,15% verbessert die Fertigungsgerechtheit im Laufe des Hüttenprozesses.

Die genannten Elemente bewirken eine Verbesserung der Desoxidation und des Feinens von Metall und verfeinern sein Gefüge. Eine Steigerung des Aluminiumgehalts über 0,15% erhöht die Menge an Tonerde und verringert die Schlagzähigkeit durch Auftreten freien Aluminiums im Stahl.

Eine Herabsetzung des Aluminiumgehalts unter 0,015% verschlechtert den Desoxidationsgrad und die Entgasung.

Eine Vergrößerung des Zergehalts über die angegebene Menge von 0,15% hinaus erschwert das Gießen des Stahls und führt zu einer höheren Verunreinigung des Metalls mit nichtmetallischen Einschlüssen.

Ein kleinerer Zergehalt von unter 0,02% ist unwirksam und bewirkt nur eine Erschwerung der Stahlerzeugung.

Ein Chromgehalt von 13,0 bis 15,0% im Stahl sichert stabilstes Gefüge und die erforderlichen Korrosions- und Festigkeitseigenschaften des Stahls.

Ein Mangangehalt von 0,8 bis 2,0% garantiert das erforderliche Niveau der mechanischen Eigenschaften des Stahls. Eine Zugabe von über 2,0% Mangan ist unzweckmäßig, weil sie die Schlagzähigkeit herabsetzt. Ein Mangangehalt von unter 0,8% sichert nicht das erforderliche Niveau der mechanischen Eigenchaften, da er die Empfindlichkeit gegen Warmrißbildung erhöht, und kann die Entschwefelung des Stahls beim Erschmelzen erschweren.

Ein Siliziumgehalt im genannten Bereich von 0,20 bis 0,40% ermöglicht die notwendige vollständige Desoxidation. Ein 0,40% übersteigender Siliziumgehalt kann die Verunreinigung mit nichtmetallischen Einschlüssen erhöhen und zur Herabsetzung der Schlagzähigkeit führen.

Als Hauptbestandteil des Stahls dient Eisen, neben dem und den angegebenen Legierungselementen höchstens 0,025% Schwefel und höchstens 0,035% Phosphor als Beimengungen vorhanden sind.

Das Erschmelzen des erfindungsgemäßen Stahls in Elektroöfen erfolgt sowohl unter Verwendung von frischem Einsatz als auch von chromhaltigen Abfallprodukten. Die Oxidationsperiode des Schmelzens geht unter Ausnutzung von Eisenerz am Anfang der Oxidationsperiode und anschließendem Sauerstoffblasen vor sich. Im Falle der Verwendung von chromhaltigen Abfallprodukten wird nach teilweiser Reduktion des Chroms aus der Schlacke die Schlacke aus dem Ofen entfernt, und man beginnt, Ferrochrom unter Schamotte- oder Kalkschlacken zu erschmelzen, indem man sie mit Desoxidationsmitteln behandelt.

Das Feinen der Schmelze wird unter weißer Schlacke vollendet, anschließend wird der Stahl mit Ferrozer oder Mischmetall nach der entsprechenden Desoxidation mit stückigem Aluminium behandelt.

Der erfindungsgemäße Stahl kann auch nach den Elektroschlacke- und Vakuum-Lichtbogenumschmelzverfahren hergestellt werden.

Nachstehend wird eine Tabelle 1 angeführt, die die Vergleichskennwerte des erfindungsgemäßen und des bekannten austenitischen Stahls enthält.

Der erfindungsgemäße Stahl weist gegenüber dem bekannten austenitischen Stahl unter gleichen Versuchsbedingungen bei praktisch gleichgroßen Festigkeitswerten und genügend hoher Plastizität eine höhere Streckgrenze auf, die die Wandstärke der Erzeugnisse, insbesondere von Rohren, zu verkleinern und damit den Metallaufwand herabzusetzen ermöglicht.

Die hohe Wärmeleitfähigkeit und der geringe lineare Wärmeausdehnungskoffizient des erfindungsgemäßen Stahls bewirken eine Senkung der Wärmespannungen beim Betrieb von Ausrüstungen, insbesondere von Wärmetauschapparaten, wodurch Betriebssicherheit und Lebensdauer erhöht werden.

Der erfindungsgemäße Stahl ist im Gegensatz zum bekannten austenitischen Stahl gegen Verfestigung nicht empfindlich, was die Verarbeitbarkeit des erfindungsgemäßen Stahls sowohl im Laufe der Erzeugung als auch während der Herstellung von Ausrüstungen aus diesem Stahl erhöht.

Der erfindungsgemäße Stahl neigt auch nicht zur Spannungskorrosion in chlorionenhaltigen Medien, was für den bekannten austenitischen Stahl charakteristisch ist.

Der erfindungsgemäße Stahl enthält kein Mangelelement wie Nickel.

Der erfindungsgemäße Stahl ist in Form von Schmiedestücken, Walzerzeugnissen und Rohren erprobt und hinsichtlich seiner Eigenschaften vollständig untersucht.

Die durchgeführte komplexe Untersuchung aller Eigenschaften des erfindungsgemäßen Stahls charakterisiert ihn als einen hochkorrosionsbeständigen Werkstoff, der im Atomkraftmaschinenbau zur Erzeugung von Wärmeaustauschern, Verkleidungskonstruktionen, Behältern und anderen Elementen der Energieausrüstungen statt austenitischer Stähle verwendet werden kann.

Zwecks Erläuterung der Erfindung sind nachstehend in der Tabelle 2 Beispiele für die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Stahls angegeben.

Claims (1)

1. Stahl, bestehend aus (in Gewichtsprozent): Kohlenstoff 0,05 bis 0,10%, Silizium 0,20 bis 0,40, Mangan 0,80 bis 2,00%, Chrom13,00 bis 15,00%, Molybdän 0,20 bis 0,80%, Vanadium 0,08 bis 0,30%, Zer 0,02 bis 0,15%, Aluminium 0,015 bis 0,15%, Schwefelhöchstens 0,020%, Phosphorhöchstens 0,035% und Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungenals Rest.